专题复习 能量转换器的效率计算学案--2024-2025学年苏科版物理九年级下学期

专题复习 能量转换器的效率计算学案 【典例分析】 类型一、热机的效率 典例1.东风悦达汽车是盐城市最大的汽车生产企业．该厂某型号车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶50km，受到的阻力是1.0×103N，消耗燃油4×10-3m3（假设燃油完全燃烧）．若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3，热值q=4×107J/kg，求： （1）专用车牵引力所做的功． （2）汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （3）该专用车的热机效率是多少？ 规律方法 知道行驶路程s和受到的阻力f 汽车在平直公路匀速前进 牵引力做的功W=Fs 热机效率 牵引力F=阻力f（一对平衡力） 知道燃油体积V、密度ρ和热值q 可求燃油完全燃烧放出热量Q=mq 可求燃油质量m=ρV 类型二、电动机的效率 典例2.用一台小型直流电动机，将重为40N的物体在4s内匀速提升1.8m，用电流表和电压表测得通过电动机的电流为2A，电动机两端的电压为12V，求： （1）电动机的输入功率； （2）电动机效率； （3）电动机线圈的电阻． 规律方法 知道电动机电压U和电流I 电动机效率η= W机 / W电 = P机 / P总 发热功率P热=P总－P机 = I2R，可用变式求出线圈电阻R 电动机输入功率P总=UI 知道重力G、提升高度h和工作时间t 电动机输出的机械功率P机=W/t=Gh/t 【针对训练】 1.如图所示为内燃机的能量流向图，η等于（　　） 2.关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　） A.使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B.燃料燃烧释放的热量越多，热值越大 C.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 D.热机使用的燃料的热值越大，热机的效率就越高 3.为表彰美国和日本的三位科学家在20世纪90年代初就发明了蓝色发光二极管并且一直致力于此方面的研究，2014年诺贝尔物理学奖颁给了他们．在颁奖词中，诺贝尔奖委员会声明：“白炽灯照亮了20世纪，而LED（发光二极管）灯将照亮21世纪．”蓝光LED，结合已有的红光与绿光LED，可以通过三原色原理生产更自然的白光灯泡．高亮度的白色LED灯所耗费的能量却比白炽灯和荧光灯都要少．世界上20%的电力用于照明，据预测，使用LED灯照明能将这一数字降低到4%．下列关于LED灯的说法，不正确的是（　　） A.蓝光LED灯采用了半导体材料 B.LED灯的发光效率比白炽灯高 C.使用LED灯能为人类极大地省电省能 D.蓝光、红光、绿光LED不可能合成其他颜色的光 4.如图所示的是直流电动机提升重物的示意图，电源电压为110V，电路中电流是5A，质量为50kg的重物在电动机带动下以0.9m/s 的速度匀速上升，不计摩擦，下列说法正确的是（　　） A.电动机线圈的电阻为22Ω B.电动机的效率约为81.8% C.电动机10s内对重物做功5500J D.电动机线圈发热时的功率为550W 5.普通的钨丝白炽灯泡的发光效率比较低，而目前市场上流行的节能灯的发光效率就比较高，但是节能灯的价格比较贵，人们常常为选择哪一种灯而举棋不定．下表列举了某种型号的白炽灯和节能灯的部分数据： 功率（瓦） 寿命（时） 单价（元） 每度电费（元） 白炽灯 60 1000 1.22 0.61 节能灯 10 5000 36.6 0.61 已知上述两种灯泡正常工作时的发光亮度相同，如果纯粹从经济角度出发，要想让使用节能灯更合算的话，最少使用的时间为（　　） A．1080小时 B．1120小时 C．1160小时 D．1200小时 6.一台电风扇接在家庭电路中，通过电机的电流是0.5安，电动机线圈电阻20欧，则在1分钟内消耗的电能是 焦，产生的热量是 焦，转化为机械能 焦，该电动机的效率是 ． 7.电动自行车已成为大众化的一种交通工具．其核心是直流电动机，它的工作原理是 ．小明对家中的电动自行车进行了测试，他骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图所示的速度v和牵引力F随时间t变化的关系图象．已知匀速行驶时，电动机输入电压48V，输入电流5A，由图可知，7～12s电动自行车受到的摩擦力为 N； 电动自行车匀速行驶时，电能转化为机械能的效率为 %． 8.LED灯是一种新型的环保节能灯，小梦为了探究LED灯与家用普通白炽灯、普通节能灯的发光效率，他用如图所示的装置进行了实验（其中R0为光敏电阻，其电阻值与光照强度成反比）其实验步骤如下： ①先把“220V 15W”的普通白炽灯接入灯座，通过调整，使灯泡与温度计的玻璃泡距离约为2cm，灯泡与热敏电阻的距离约为30cm．闭合开关S和S1，通电10min，分别读出温度计和电流表的示数，并填入下表． ②接着分别把规格相同的普通节能灯和LED灯接入灯座，重复上述实验． 根据小梦的探究，请回答： 灯泡类型 盒内初温 盒内末温 电流表示数 白炽灯 20℃ 78℃ 6mA 普通节能灯 20℃ 50℃ 15mA LED灯 20℃ 35℃ 60mA （1）电能转化为内能最多的灯是 ，最少的灯是 ，这是通过观察 来比较的． （2）电能转化为光能最多的灯是 ，这是通过观察 来比较的． 9.一台大型推土机的推力约为3×104N，匀速推着泥土总行程达10km，消耗柴油约30.3kg．（q柴油=4.3×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg．℃） 求：（1）这一次工作中，推土机做了多少有用功？ （2）该柴油机的热机效率是多少？ （3）如果柴油完全燃烧释放的热量42%被水吸收，最多能使多少初温为50℃的水烧开？ 10.近几年来，人们的生活水平得到大幅度提高，小汽车逐步的成为了人们日常的主要交通工具，尼桑汽车的质量为1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.09m2，经济耗油量“（72km/h）/9L/150km”，是指这辆汽车以72km/h的速度行驶150km，消耗汽油9L． （1）如果这辆尼桑在高速行驶时对水平地面的压力 静止在水平地面上的压力（选填“大于”，“小于”，“等于”） （2）当汽车静止在水平路面时，对水平地面的压强为多少？（g=10N/kg） （2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶40km，汽车的热机效率为40%，求：汽车消耗多少升汽油及汽车受到的阻力为多少牛？．（汽油的热值3.2×107J/L，气体热值公式Q=Vq） 11.电动自行车以其轻便，经济，环保等特点，受到了一些消费者的青睐，下面是某型号电动自行车的主要技术参数（g取10N/kg） 最高车速 ≤30km/h 一次充电连续行驶行程 50km 蓄电池 36V/10Ah铅酸蓄电池 充电时间 8h 一次充电耗电量 0.6kW•h 电动机效率 80% 整车质量 40kg 最大行驶噪声 ≤62dB （1）小明骑上电动自行车行驶时两轮胎与地面的接触面积共为1.0×10-2m2，那么此时对地面的压强是多大？ （2）若小明骑电动自行车在水平路面以6m/s的速度匀速行驶时，20min的行驶路程是多少？ （3）若小明的质量是70kg，在（2）中受到的阻力是人与车总重的0.02倍，求匀速行驶20min，电动自行车做的功？通过电动机线圈的电流． （4）现在很多人都购买电动车安全带，如图，请用学过的知识解释，为什么电动车使用安全带更安全？ 12.如图是某地区的风力发电场．一台发电机连同底座共重80t．中间的钢柱高61.5m，底座面积12m2．与主机连在一起的3片“风叶”，每片长37.5m． （1）风能是属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源．风力发电的主要优点为 ；主要缺点为 （答一点）． （2）发电机底座对地面的压强为多少？（g取10N/kg） （3）某一时段该地区平均风速为6m/s，每秒钟吹到发电机“风叶”上空气的动能为15000J，此时发电机向电网供电的功率为1800W，则该风力发电机把气流的动能转变为电能的效率为多少？ 参考答案 典例1.（1）5×107J；（2）1.28×108J；（3）39% 解析：（1）因为专用车匀速行驶，所以牵引力F=f=1.0×103N， 牵引力做的功W=Fs=1.0×103N×50×103m=5×107J； （2）消耗燃油的质量：m=ρV=0.8×103kg/m3×4×10-3m3=3.2kg， 燃油完全燃烧所产生的热量：Q=mq=3.2kg×4×107J/kg=1.28×108J； （3）热机效率 典例2.（1）24W；（2）75%；（3）1.5Ω 解析：（1）电动机的输入功率：P=UI=12V×2A=24W； （2）提升物体做的有用功：W有=Gh=40N×1.8m=72J， 总功：W总=Pt=24W×4s=96J， 电动机效率： （3）电动机线圈产生的热量：Q=W总-W有=96J-72J=24J， 根据Q=I2Rt可得，线圈的电阻： 【针对训练】 1.A2.C3.D4.B5.B 6.6.6×103J；300J；6300J；95.5% 解析：电动机消耗的电能：W=UIt=220V×0.5A×60s=6.6×103J；线圈上产生的热量： Q=I2Rt=（0.5A）2×20Ω×60s=300J；电动机输出的机械能： W机械=W-Q=6.6×103J-300J=6300J； 该电动机效率为：。 7.通电导体在磁场中受力转动；35；87.5 解析：（1）电动机是利用通电导体在磁场中受力转动的原理制成的； （2）由速度-时间图象可知，电动自行车的运动特点是先加速、后匀速； 由牵引力-时间图象可知，在7～12s牵引力大小F=35N，因为在7～12s匀速运动，所以摩擦力f=F=35N； （3）由速度-时间图象可知，电动自行车匀速行驶时速度v=6m/s，则克服摩擦力做功的功率为P有用=fv=35N×6m/s=210W； 电动机输入总功率为P总=UI=48V×5A=240W， 所以效率． 8.（1）白炽灯；LED灯；温度计示数的变化；（2）LED灯；电流表示数的变化；（3）150W 9.（1）3×108J；（2）23%；（3）2600kg 解析：（1）平均推力约为F=3×104N，匀速推土行程s=10km=10000m， 推土机做的有用功：W有用=Fs=3×104N×10000m=3×108J； （2）消耗柴油m=30.3kg，柴油热值q=4.3×107J/kg，柴油完全燃烧放出的热量： Q=mq=30.3kg×4.3×107J/kg=1.3029×109J， 柴油机的效率：； （3）由得，水吸收的热量：Q吸=Q放η=1.3029×109J×42%≈5.5×108J， 由Q吸=cm（t-t0）得，水的质量． 10.（1）小于；（2）2×105Pa；（3）767.5N 解析：（1）汽车呈流线型，汽车行驶时，汽车上方的空气流速大，下方的空气流速小，上方的压强小于下方的压强，汽车在压强差下产生向上的升力，对地面的压力减小． （2）汽车对地面的压力：F=G=mg=1.8×103kg×10N/kg=1.8×104N， 汽车对地面的压强：； （3）汽车在经济耗油量下行驶40km实际用油； 2.4L汽油完全燃烧放出热量 Q=qV=3.2×107J/L×2.4L=7.68×107J． 汽车所做的功 W=Qη=7.68×107J×40%=3.07×107J． 据W=FS可知，由于汽车匀速行驶，所以此时牵引力等于阻力，即F=f=767.5N。 11.（1）1.1×105Pa；（2）7200m；（3）158400J；4.6A．（4）理由见解析． 解析：（1）小明和自行车的总质量m=m车+m人=40kg+70kg=110kg， 小明骑上电动自行车对地面的压力：F=G=mg=110kg×10N/kg=1100N， 受力面积S=1.0×10-2m2，此时对地面的压强：； （2）小明骑电动自行车v=6m/s，t=20min=1200s，由得行驶路程： s=vt=6m/s×1200s=7200m； （3）小明骑车受到的阻力：f=0.02G=0.02×1100N=22N，由于匀速行驶，牵引力： F=f=22N，电动车做的功：W机=Fs=22N×7200m=158400J； 由得消耗的电能：， 由W=UIt得通过电动机线圈的电流：； （4）当电动车突然启动或加速行驶时，由于惯性小孩要保持原来的运动状态向后倾，容易摔下；如果使用了安全带就不会发生这种情况，所以电动车使用安全带更安全． 12.（1）可再生；风力资源是取之不尽用之不竭；风力大小方向不稳定；（2）6.67×104Pa； （3）12%． 解析：（1）风能是可以从自然界源源不断地得到的能源，即为可再生能源，风力资源其优点是取之不尽用之不竭（或可以减少环境污染；节省煤炭、石油等常规能源）；主要缺点为：风力大小方向不稳定（或能量不易收集）． （2）此时发电机组对地面的压力是F=G=mg=80000kg×10N/kg=8×105N；底座的面积是S=12m2，故发电机组对地面的压强是； （3）发电机每秒发出的电能 W电=Pt=1800W×1s=1800J，。 学科网（北京）股份有限公司 $$